[发明专利]螺栓预紧力测量方法

说明书

技术领域

本发明属于航空航天测量技术领域，具体涉及一种螺栓预紧力测量方法。

背景技术

在航空航天产品的舱体和部段中，大量地采用螺纹连接结构件作为连接紧固件，其中尤其以部段对接面中螺栓的应用最为广泛。通过对螺栓施加拧紧力矩来产生预紧力，达到对部段间的连接和紧固。部段间连接件预紧力设计是否合理，直接影响到部段连接可靠性，如连接强度、刚度和防松等。

以往的螺纹连接预紧力设计都是通过经验公式计算得到的，而其实际载荷无从得知。这使得正式产品存在一定的安全隐患，预紧力过低会达不到连接和紧固的效果，预紧力过高则会损害对接面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺栓预紧力测量方法，以有效的测量螺纹连接紧固件的真实预紧力。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种螺栓预紧力测量方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：加工一环形垫圈，其上下端面分别加工一环形凸台，上端面与下端面的凸台直径不同；

步骤二：在垫圈受弯处以90°均布加工四个凹槽，削弱其局部刚度，使其在受压时产生更大的应变；

步骤三：在垫圈四个凹槽处的上表面和下表面分别粘贴应变片，共粘贴8片，R1-R4在上表面，R5-R8在下表面；

步骤四：安装全桥电路对垫圈焊接导线，四个桥臂分别为R1R2、R3R4、R5R6、R7R8，U_i为输入电压，U_o为输出电压，两者的关系如下所示：

其中R为应变片电阻值，△R为应变片电阻值变化量；

步骤五：将制作完成的垫圈送至具有相关资质的计量所进行标定，得到预紧力与电压输出的对应关系即标定证书；得到预紧力与输出电压的对应关系，如下所示：

P＝21.29U_o

P为预紧力，单位为KN；U_o为输出电压，单位为V；

步骤六：测量时，将螺栓依次穿过垫圈和对接面，并用螺母旋紧，垫圈引出的导线分别连接稳压直流电源和电压表；通过力矩扳手对螺栓施加拧紧力矩，拧紧螺栓时产生的预紧力施加到垫圈上，在电压表上读取相应的电压值，对照标定证书得到螺栓预紧力；

步骤七：分级别对螺栓施加拧紧力矩，同时分级测量垫圈相应的输出电压，通过计算得到垫圈测得的预紧力值；

步骤八：拟合螺栓拧紧力矩与垫圈测得预紧力关系，得出公式如下：

P＝0.5159M+0.3436

注：P为螺栓预紧力(KN)、M为拧紧力矩(Nm)。

所述步骤一：当垫圈受到轴向压力时，会在两个凸台之间产生附加弯矩，使其上端面产生拉应变，下端面产生压应变。

所述步骤七：分级别对螺栓施加拧紧力矩，依次加载25Nm、50Nm、75Nm、100Nm、125Nm。

本发明所取得的有益效果为：

本发明所述螺栓预紧力测量方法可以有效的测量螺纹连接紧固件的真实预紧力，并采用试验的手段对特定螺栓进行拧紧力矩和预紧力的标定，给出螺纹连接安装时拧紧力矩的参考范围。

附图说明

图1为垫圈截面图；

图2为全桥电路图；

图3为垫圈四个凹槽处的上表面应变片安装示意图；

图4为垫圈四个凹槽处的下表面应变片安装示意图；

图5为拧紧力矩与预紧力关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明所述螺栓预紧力测量方法包括如下步骤：

步骤一：如图1所示，加工一环形垫圈，其上下端面分别加工一环形凸台，上端面与下端面的凸台直径不同。当垫圈受到轴向压力时，会在两个凸台之间产生附加弯矩，使其上端面产生拉应变，下端面产生压应变；

步骤二：在垫圈受弯处以90°均布加工四个凹槽，削弱其局部刚度，使其在受压时产生更大的应变，增加其测量时的灵敏度；

步骤三：如图3、图4所示，在垫圈四个凹槽处的上表面和下表面分别粘贴应变片，共粘贴8片，R1-R4在上表面，R5-R8在下表面；

步骤四：如图2所示，安装全桥电路对垫圈焊接导线，四个桥臂分别为R1R2、R3R4、R5R6、R7R8，U_i为输入电压，U_o为输出电压，两者的关系如下所示：

其中R为应变片电阻值，△R为应变片电阻值变化量；